202國道碾壓混凝土路面配合比設計

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簡介： 碾壓式水泥混凝土路面的配合比設計，目前采用室內試驗與實踐經驗相結合的辦法，本文介紹采用正交試驗方法確定混凝土的配合比。
關鍵字：碾壓式混凝土 配合比 正交試驗

1．前　言

　　碾壓式水泥混凝土路面是以級配集料和較低的水泥用量與用水量以及摻和料和外加劑等組成的超干硬性混凝土拌合物，經振動壓路機等機械碾壓密實而形成的一種混凝土路面。碾壓混凝土路面工程是國家“八五”重點科技攻關項目，它作為高等級公路路面，與普通水泥混凝土、瀝青混凝土路面相比，具有明顯的優(yōu)勢(見表1)，能夠提高企業(yè)的施工技術水平和降低工程造價。

表1 　　　　　　　　　　　　與水泥、瀝青混凝土路面的比較

與普通水泥混凝土路面比較

與瀝青混凝土路面比較

1)可用瀝青路面攤鋪機進行施工；

1)車轍較少；

2)施工可不用模板，簡單、快速，能縮短工期；

2)抗磨耗性好；

3)經濟性優(yōu)越，估計初期投資費用節(jié)約15%～40%；

3)耐油性好；

4)單位用水量和水泥用量少，干縮率小，可擴大接縫間距，利于行車舒適；

4)使用壽命長，維修費用少；

5)初期強度高，養(yǎng)護期短。

5)重交通的厚層結構，初期投資費用有可能較省。

2．工程概況

　　202國道梅河口至海龍段始建于1986年，路基寬12m，路面寬7m，原路面面層采用瀝青貫入式和人工鋪筑瀝青混合料的施工方式建成。建成后，路面相繼有不同程度的破損，難以滿足當地交通的需要，決定1997年進行路面結構的改建，采用碾壓水泥混凝土路面。

3．混凝土配合比正交設計

3．1　試驗原材料

　　(1)水泥：紅梅425^#普通水泥；

　　(2)碎石：粒徑5～20mm，表干比重2.63g/cm³，壓碎值8%；5～10mm含35%，振實容重1617kg/m³；?

　　(3)砂：產地梅河，細度模數3.16，表干比重2.59g/cm³，容重1360kg/m³；?

　　(4)粉煤灰：Ⅱ級干灰，產于吉林梅河口發(fā)電廠；?

　　(5)外加劑：吉林省松脂皂引氣劑(DH9S)，摻量0.0002%；木鈣(MG)摻量0.25%。?

3．2　試驗目的

　　選定粉煤灰碾壓混凝土的幾個主要參數，即單位用水量(W)；基準膠凝材料用量(C+F1)；石 子填充體積率(Vg)及粉煤灰摻量(f，%)。?

3．3　考核指標

　　混凝土稠度(改進V_c值)；混凝土抗折強度(試件尺寸10×10×40cm³，齡期7d和28d)。

3．4　試驗方案及配合比

　　采用L₉(3⁴)正交表安排試驗(如表2)，各配合比除因素、水平變化外，其他試驗條件均相同。試驗方案及混凝土配合比見表3。

表2　　　　　　　　　　　　因　素　與　水　平

水平

因素

A.(W)(kg/m³)

B.(C+F1)(kg/m³)

C.(Vg)(%)

D.(f)(%)

1

101

300

80

10

2

106

270

76

20

3

96

330

72

15

表3　　　　　　 　　　正交試驗方案及混凝土配合比

試驗號

試驗條件

配合比(kg/m³)

W(kg/m³)

C+F1(kg/m³)

Vg %

f %

W

C

F

S

G

MG

DH9S

1

①101

①300

①80

①10

101

270

60

743

1302

0.75

0.09

2

①101

②270

②76

②20

101

216

108

805

1237

0.675

0.081

3

①101

③330

③72

③15

101

281

99

821

1171

0.825

0.099

4

②106

①300

②76

③15

106

255

90

776

1237

0.75

0.09

5

②106

②270

③72

①10

106

243

54

889

1171

0.675

0.081

6

②106

③330

①80

②20

106

264

132

660

1302

0.825

0.099

7

③96

①270

③72

②20

96

240

120

848

1171

0.75

0.09

8

③96

②330

①80

③15

96

230

81

770

1302

0.675

0.081

9

③96

③

②76

①10

96

297

66

790

1237

0.825

0.099

3．5　試驗結果及分析

　　(1)試驗結果匯總于表4。?

　　(2)直觀分析? 各項考核指標的直觀分析結果見表5和表6。?

　　(3)回歸分析?

　　根據表3的試驗結果進行回歸分析，對影響顯著的因素建立有關考核指標的多元相關經驗式見表7。?

　　多元回歸檢驗結果的說明：?

　　①t≤1，無顯著影響；

　?、?span lang="EN-US">1＜t≤2，有一定影響；

　?、?span lang="EN-US">t＞2，有顯著影響。?

　　綜合表5和表6的分析結果可見：?

　?、儆盟亢头勖夯覔搅繉Ω倪MV_c值均有顯著影響。?

　?、诨鶞誓z凝材料用量和粉煤灰摻量對抗折強度有顯著影響，而石子填充體積率對稠度和抗折強度的影響不顯著。?

　?、郾?span lang="EN-US">7中2、3號經驗式有很好的相關性和足夠的推定精度，可作為用水量的抗折強度的推定經驗式，被采用。

表4 　　　　　　　　　　　試　驗　結　果

編號

A.(W)
kg/m³

B.(C+F1)
kg/m³

C.(Vg) %

D.(f) %

試驗結果

VC(S)

P7(kPa)

P28(kPa)

1

①101

①300

①80

①10

31

4.48

5.53

2

①101

②270

②76

②20

46

3.87

4.39

3

①101

③330

③72

③15

30

4.14

5.11

4

②106

①300

②76

③15

16.5

4.17

4.39

5

②106

②270

③72

①10

12.5

4.14

4.77

6

②106

③330

①80

②20

18.5

4.3

5.35

7

③96

①300

②72

②20

56

4.3

4.93

8

③96

②270

①80

③15

59

4.63

5

9

③96

③330

②76

①10

41.5

4.66

6.07

表5　　　　　　　　　　　　直　觀　分　析　結　查

考核指標

A.(W)
kg/m³

B.(C+F1)
kg/m³

C.(Vg)
%

D.(f) %

改進Vc值

K1

107

103.5

108.5

85.0

K2

47.5

117.5

104.5

120.5

K3

156.5

90

98.5

105.5

K4

109

27.5

10

35.5

F7

K1

12.49

12.95

13.41

13.28

K2

12.61

12.64

12.70

12.47

K3

13.59

13.1

12.58

12.94

K4

1.10

0.46

0.83

0.81

F28

K1

15.03

14.85

15.88

16.37

K2

14.51

14.16

14.85

14.67

K3

16.00

16.53

14.81

14.50

K4

1.49

2.37

1.07

1.87

表6　　　　　　　　　　　　直觀分析結果匯總

考核指標

各因素影響主次順序

最佳試驗條件(注)

改進V_c值

A>D>B>C

A₁B₁C₁D₁

F7

A>C>D>B

A₃B₂C₁D₁

F28

B>D>A>C

A₃B₃C₁D₁

注：根據稠度指標選定最佳試驗條件時，以平均改進V_c值為35±5(s)作為標準。

3．6　確定配合比

　　(1)設計指標?

　　?、俪矶龋焊倪MV_c值35s;?

　　?、?span lang="EN-US">28d抗折強度：5．0MPa；?

　　?、刍炷僚浜媳葟姸?　

　　　　　　Fb=(Fk+Fy)×K?

　　　式中　Fb——混凝土配合比強度(MPa);?

　　　　　　Fk——路面設計強度，202國道為二級路，取Fk=5．0MPa；

　　　　　　Fy——路面壓實安全強度，取0．8MPa；

　　　　　　K——加成系數，K=1/（1-t+Cv），其中t=0．84，Cv=11%，則 K=1．1。

　　根據以上各參數確定碾壓混凝土配合比強度：?

　　　　Fb=(5．0+0．8)×1．1=6．4(MPa)

　　（2)配合比計算?

　　?、俑鶕髦笜说闹庇^分析結果，選定石子填充體積率為80%，摻粉煤灰10%，粉煤灰超量系數取1．7。?

　　?、诟鶕?span lang="EN-US">2號式(表7)計算用水量：W=98(kg/m³)。?

　　?、鄹鶕?span lang="EN-US">3號式(表7)計算基準膠凝材料用量：(C+F1)=293。?

　　?、芨鶕陨嫌嬎憬Y果及有關設計參數，計算配合比材料用量(見表8)。

?表7 　　　　　　　　　　　　　 　　回　歸　分　析　結　果

編號

相關關系

經驗式

n

R

s

Cv

1

W∝｛1gVc,C+F1,f｝

W=128.8-18.161gVc-0.017(C+F)+0.29F? (t1=9.0；t2=2.9；t3=2.5)

9

0.971

1.3
kg/m³

1.3

2

W∝｛1gVc,f｝

W=123.4-17.971gVc+ 0.283F
?(t1=9.0；t2=2.5)

9

0.965

1.3
kg/m³

1.3

3

F28∝｛(C+F1)/W,f｝

F28=2.74+1.39(C+F1)/W-0.05F
?(t1=3.7；t2=2.2)

9

0.870

0.31
MPa

6.1

4

F28∝｛F7，f｝

F28=-1.04+1.48F7-0.02F
?(t1=2.4；t2=0.46)

9

0.771

0.40
MPa

7.9

表8　 　　　　　　　　　混凝土理論配合比(kg/m³)

水?

水泥

粉煤灰?

砂

碎石

木鈣?

引氣劑

W

C

F

S

G

MG

DH9S

98

268

50

798

1312

0.9

0.072

4　結　語

　　(1)202國道路面工程是碾壓水泥混凝土技術成果結合吉林省的地理、氣候條件的推廣應用，配合比設計采用本文所介紹的方法在實際工程當中取得了理想的效果，并取得了較高的經濟效益與社會效益，該項技術必將會更加成熟并得到普及。?

　　(2)應該指出，碾壓式水泥混凝土路面的質量，不僅取決于材料的配合組成，更主要的取決于路面施工工藝。